年處理量---噸二氧化硫氣體吸收的設(shè)計任務(wù)書

1、 程設(shè)計任務(wù)書 1、設(shè)計題目：年處理量為3153.34噸SO2的工藝設(shè)計； 礦石焙燒爐送出的氣體冷卻到25后送入填料塔中，用20清水洗滌除去其中的SO2。入塔的爐氣流量為3290m3/h，其中進塔SO2的摩爾分率為0.05，要求SO2的吸收率為98。吸收塔為常壓操作，因該過程液氣比很大，吸收溫度基本不變，可近似取為清水的溫度。吸收劑的用量為最小用量的1.5倍。 2、工藝操作條件： （1）操作平均壓力 常壓 （2）操作溫度 t=20 （3）每年生產(chǎn)時間：300天。 （4）選用填料類型及規(guī)格自選。 3、設(shè)計任務(wù)： 完成二氧化硫吸收的工藝設(shè)計與計算，有關(guān)附屬設(shè)備的設(shè)計計算和選型，繪制吸收系統(tǒng)帶控制點

2、工藝流程圖和吸收塔的工藝條件圖，編寫設(shè)計說明書。（注：兩圖采用電子和手繪各一張） 目錄 前言. 4第一章 緒論.5 1.1 吸收技術(shù)簡介.5 1.2 吸收設(shè)備的發(fā)展.51.3 吸收在工業(yè)中的應(yīng)用.6第二章 吸收塔的設(shè)計方案.7 2.1吸收劑的選擇.72.2.1吸收工藝流程的確定62.2.2吸收工藝流程圖及工藝過程說明72.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇92.3.1吸收塔設(shè)備的選擇92.3.2填料的選擇102.4吸收劑再生方法的選擇122.5 操作參數(shù)的選擇122.5.1操作溫度的確定122.5.2操作壓力的確定13第三章 吸收塔工藝條件的計算143.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)143.1.1液相物性數(shù)據(jù)143.1

3、.2氣相物性數(shù)據(jù)143.1.3氣液兩相平衡時的數(shù)據(jù)143.2物料衡算153.3填料塔的工藝尺寸計算163.3.1塔徑的計算163.3.2泛點率校核和填料規(guī)格16填料規(guī)格校核163.3.3液體噴淋密度校核173.4填料層高度計算173.4.1傳質(zhì)單元數(shù)的計算173.4.2傳質(zhì)單元高度的計算173.4.3填料層高度的計算193.5填料塔附屬高度的計算193.6液體分布器的簡要設(shè)計203.6.1液體分布器的選型203.6.2分布點密度及布液孔數(shù)的計算213.6.3塔底液體保持管高度的計算213.7其它附屬塔內(nèi)件的選擇223.7.1 填料支撐板223.7.2 填料壓緊裝置與床層限制板223.7.3氣體

4、進出口裝置與排液裝置233.8流體力學(xué)參數(shù)計算233.8.1填料層壓力降的計算233.8.2泛點率243.9附屬設(shè)備的計算與選擇253.9.1吸收塔主要接管的尺寸計算25工藝設(shè)計計算結(jié)果匯總與主要符號說明28設(shè)計方案討論34附錄35參考文獻36結(jié)束語37設(shè)備條件圖38一、 前言課程設(shè)計是本學(xué)科教程教學(xué)過程中綜合性和實踐性比較強的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計，使得學(xué)生將理論與實際相聯(lián)系，實際與理論相結(jié)合，實際不斷完善，靈活應(yīng)用理論知識。同時，也使得學(xué)生親身體會實際問題的復(fù)雜多變，學(xué)習(xí)化工原理課程基本知識的初次嘗試。在課程設(shè)計的過程中，促使學(xué)生充分應(yīng)用本課程的基本知識，同時，查閱相關(guān)資料提升學(xué)生的知識面

5、，將理論與實際融會貫通。要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成課程設(shè)計的任務(wù)，讓學(xué)生得到化工設(shè)計的訓(xùn)練，了解化工設(shè)計的基本內(nèi)容，掌握設(shè)計的程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生提出問題，分析問題，解決問題的能力，提升分析能力和創(chuàng)新能力，以及實事求是，嚴謹認真，負責的工作態(tài)度。課程設(shè)計，增強學(xué)生工程的概念，提高獨立思考的能力，將所學(xué)的基本知識靈活應(yīng)用，有助于處理在生活中遇到的問題，為今后在工作中處理實際問題做好了準備。 第一章 緒論 1.1 吸收技術(shù)簡介 當氣體混合物與適當?shù)囊后w接觸，氣體中的一個或幾個組分溶解于液體中，而不能溶解組分仍留在氣體中，使氣體得以分離，吸收過程使化工生產(chǎn)中常用的氣體混合物的分離操作，其基本原理是利用

6、混合物中各組分在特定的液體吸收劑中的溶解度不同，實現(xiàn)各組分的單元操作。 實際生產(chǎn)過程中，吸收過程所用的吸收劑常需回收利用，故一般來說，完整的吸收過程應(yīng)包含吸收和解吸兩部分，因而在設(shè)計上應(yīng)將兩部分綜合考慮，才能得到較為理想的設(shè)計結(jié)果，所以應(yīng)將吸收和解吸兩部分作為一個完整的單元過程綜合考慮其工藝設(shè)計，方可提高綜合處理工程問題的能力。作為吸收過程的工藝設(shè)計，其一般性問題在給定混合氣體處理量、混合氣體組分、溫度、壓力以及分離要求的條件下，完成以下工作： 根據(jù)給定的分離任務(wù)，確定吸收方案。 根據(jù)流程進行過程的物料及熱量衡算，確定工藝參數(shù)。 依據(jù)物料及熱量衡算進行過程的設(shè)備選型或設(shè)備設(shè)計。 繪制工藝流圖及

7、設(shè)備的工藝條件圖。 編寫工藝設(shè)計說明書。1.2吸收設(shè)備的發(fā)展 吸收設(shè)備有多種類型，如填料塔、板式塔、噴灑塔和鼓泡塔等，最常用的有填料塔與板式塔。填料塔中裝有諸如瓷環(huán)之類的填料；氣液接觸在填料中進行，板式塔中有篩孔塔板，氣液亮相在塔板上鼓泡進行接觸。 工業(yè)模型的填料塔始于1881年的蒸餾操作中，1904年采用于煉油工業(yè)，當時的填料是碎磚瓦、小石塊和管子縮節(jié)等。20世紀初，填料塔進入一個新的發(fā)展階段，在瓷環(huán)填料亦稱拉西環(huán)填料被廣泛采用后，弧鞍型填料繼問世，特別是出現(xiàn)了斯特曼填料后，便大大的促進了規(guī)整填料的發(fā)展，除了各種填料大大涌現(xiàn)外，還發(fā)展了多管塔、乳化塔等成為高效填料塔的新塔型。 從20世紀60

8、年代起新型填料有了較多的發(fā)展，屬于顆粒型填料的有：海佐涅爾填料、階梯環(huán)填料、多角螺旋填料、金屬鞍環(huán)填料、比阿雷茨基環(huán)、萊瓦填料以及它們的改進形式。屬于規(guī)整填料有：蘇采爾填料、重疊式絲網(wǎng)波紋板填料、重疊式金屬波形板填料、格里希柵格填料、格子填料、拉伸金屬網(wǎng)填料、塑料蜂窩填料、Z 形格子填料、Perform 噴射式填料和脈沖填料等。同時還創(chuàng)建了使小球浮動來強化傳質(zhì)的湍球格。 進入20世紀70年代后，至于新型填料的研究，希望找到有利于氣液分布均勻、高效和制造方便的填料。近年來隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模的吸收設(shè)備已經(jīng)廣泛用于實際生產(chǎn)當中。具有了很高的吸收效率，以及在節(jié)能方面也日趨完善。填料塔的工藝設(shè)計

9、內(nèi)容是在明確了裝置的處理量，操作溫度及操作壓力及相應(yīng)的相平衡關(guān)系的條件下，完成填料塔的工藝尺寸及其它塔內(nèi)設(shè)計。在今后的化學(xué)工藝的生產(chǎn)中，對吸收設(shè)備的要求及效率將會有更高的要求，所以日益完善的吸收設(shè)備會逐漸應(yīng)用于實際的工業(yè)生產(chǎn)中。1.3吸收在工業(yè)中的應(yīng)用 在化工生產(chǎn)中所處理的原料中間產(chǎn)物粗產(chǎn)品等幾乎都是混合物，而且大部分是均相混合物，為進一步加工和使用，常需將這些混合物分離為較純凈或幾乎純態(tài)的物質(zhì)。對于均相物系，要想進行組分間的分離，必須要造成一兩個物系，利用原物系中各組分間某種物性的差異，而使其中某個組分（或某些組分）從一相轉(zhuǎn)移到另一相，以達到分離的目的。物質(zhì)在相間的轉(zhuǎn)移過程稱為物質(zhì)傳遞過程。

10、吸收單元操作是化學(xué)工業(yè)中常見的傳質(zhì)過程。氣體的吸收在化工生產(chǎn)中主要用來達到以下幾種目的 ：有用組分的回收。例如用硫酸處理焦爐氣以回收其中的二氧化硫，用氣油處理焦爐氣以回收其中的芳烴，用液態(tài)烴處理裂解氣以回收其中的乙烯、丙烯等。原料氣的凈化。例如用水和堿液脫除合成二氧化硫原料氣中的二氧化碳，用丙酮脫除裂解氣中的乙炔等。某些產(chǎn)品的制取。例如用水吸收二氧化氮以制造硝酸，用水吸收氯化氫以制備鹽酸，用水吸收甲醛以制備福爾馬林溶液等。廢氣的治理。例如：電廠的鍋爐尾氣含二氧化硫。硝酸生產(chǎn)尾氣含一氧化氮等有害氣體，均須用吸收方法除去。 第二章 吸收塔的設(shè)計方案2.1 吸收劑的選擇吸收操作，選擇適宜的吸收劑，具

11、有十分重要的意義。其對吸收操作過程的經(jīng)濟性有著十分重要的影響。一般情況下，選擇吸收劑，要著重考慮如下問題：1 對溶質(zhì)的溶解度大所選的吸收劑對溶質(zhì)的溶解度大，則單位量的吸收劑能夠溶解較多的溶質(zhì)，在一定的處理量和分離要求條件下，吸收劑的用量小，可以有效地減少吸收劑循環(huán)量，這對于減少過程功耗和再生能量消耗十分有利。另一方面，在同樣的吸收劑用量下，液相的傳質(zhì)推動力大，則可以提高吸收速率，減小塔設(shè)備的尺寸。2 對溶質(zhì)有較高的選擇性 對溶質(zhì)有較高的選擇性，即要求選用的吸收劑應(yīng)對溶質(zhì)有較大的溶解度，而對其它組分則溶解度要小或基本不溶，這樣，不但可以減小惰性氣體組分的損失，而且可以提高解吸后溶質(zhì)氣體的純度。3

12、 不易揮發(fā) 吸收劑在操作條件下應(yīng)具有較低的蒸汽壓，以避免吸收過程中吸收劑的損失，提高吸收過程的經(jīng)濟性。4 再生性能好 由于在吸收劑再生過程中，一般要對其進行升溫或氣提等處理，能量消耗較大，因而，吸收劑再生性能的好壞，對吸收過程能耗的影響極大，選用具有良好再生性能的吸收劑，往往能有效地降低過程的能量消耗。以上四個方面是選擇吸收劑時應(yīng)該考慮的主要問題，其次，還應(yīng)該注意所選擇地吸收劑應(yīng)該具有良好的物理、化學(xué)性能和經(jīng)濟性。其良好的物理性能主要指吸收劑的粘度要小，不易發(fā)泡，以保證吸收劑具有良好的流動性能和分布性能。良好的化學(xué)性能主要指具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以防止在使用中發(fā)生變質(zhì)，同時要求吸收劑

13、盡可能無毒、無易燃易爆性，對相關(guān)設(shè)備無腐蝕性（或較小的腐蝕性）。吸收劑的經(jīng)濟性主要指應(yīng)盡可能選擇用廉價易得的溶劑，兩種吸收劑如下：物理吸收劑：吸收容量（溶解度）正比于溶質(zhì)分壓；吸收熱效應(yīng)很?。ㄟm用于等溫）；常用降壓閃蒸解吸；適用于溶質(zhì)含量高，而凈化度要求不太高的場合；對設(shè)備腐蝕性小，不易變質(zhì)。化學(xué)吸收劑：吸收容量對溶質(zhì)分壓不太敏感；吸收熱效應(yīng)顯著；用低壓蒸汽提解吸；適于溶質(zhì)含量不高，而凈化度要求很高的場合；對設(shè)備腐蝕性大，易變質(zhì)。 2.2 吸收流程選擇.2.2.1吸收工藝流程的確定 工業(yè)上使用的吸收流程多種多樣，可以從不同的角度進行分類，從所用的吸收劑的種類看，有僅用一種吸收劑的一步吸收流程和

14、使用兩種吸收劑的兩部吸收流程，從所用的塔設(shè)備數(shù)量看，可分為單塔吸收流程很多塔吸收流程，從塔內(nèi)氣液兩相得流向可分為逆流吸收流程、并流吸收流程等基本流程，此外，還有用于特定條件下的部分溶劑循環(huán)流程。（一）一步吸收流程和兩部吸收流程 一步流程一般用于混合氣體溶質(zhì)濃度較低，同時過程的分離要求不高，選用一種吸收劑即可完成任務(wù)的情況。若混合氣體中溶質(zhì)濃度較高且吸收要求也高，難以用一步吸收達到規(guī)定的吸收要求，但過程的操作費用較高，從經(jīng)濟性的角度分析不夠適宜時，可以考慮采用兩步吸收流程。（二）單塔吸收流程和多塔吸收流程 單塔吸收流程是吸收過程中最常用的流程，如過程無特別需要，則一般采用單塔吸收流程。若過程的分

15、離要求較高，使用單塔操作時，所需要的塔體過高，或采用兩步吸收流程時，則需要采用多塔流程（通常是雙塔吸收流程）（三）逆流吸收與并流吸收 吸收塔或再生塔內(nèi)氣液相可以逆流操作也可以并流操作，由于逆流操作具有傳質(zhì)推動力大，分離效率高（具有多個理論級的分離能力）的顯著優(yōu)點而 廣泛應(yīng)用。工程上，如無特別需要，一般均采用逆流吸收流程。（四）部分溶劑循環(huán)吸收流程由于填料塔的分離效率受填料層上的液體噴淋量影響較大，當液相噴淋量過小時，將降低填料塔的分離效率，因此當塔的液相負荷過小而難以充分潤濕填料表面時，可以采用部分溶劑循環(huán)吸收流程，以提高液相噴淋量，改善塔的操作條件。本設(shè)計采用單塔逆流操作。2.2.2吸收工藝

16、流程圖及工藝過程說明 圖2-1吸收SO2的流程包括吸收和解吸兩大部分。混合氣體冷卻至20 下進入吸收塔底部，水從塔頂淋下，塔內(nèi)裝有填料以擴大氣液接觸面積。在氣體與液體接觸的過程中，氣體中的SO2 溶解于水，使離開吸收塔頂?shù)臍怏w二氧化硫含量降低至允許值，而溶有較多二氧化硫的液體由吸收塔底排出。為了回收二氧化硫并再次利用水，需要將水和二氧化硫分離開，稱為溶劑的再生。解吸是溶劑再生的一種方法，含二氧化硫的水溶液經(jīng)過加熱后送入解吸塔，與上升的過熱蒸汽接觸，二氧化硫從液相中解吸至氣相。二氧化硫被解吸后，水溶劑得到再生，經(jīng)過冷卻后再重新作為吸收劑送入吸收塔循環(huán)使用。設(shè)計填料吸收塔實體主體結(jié)構(gòu)示意圖如下：

17、圖 2-22.3吸收塔設(shè)備及填料的選擇2.3.1吸收塔設(shè)備的選擇對于吸收過程，能夠完成其分離任務(wù)的塔設(shè)備有多種，如何從眾多的塔設(shè)備中選擇合適的類型是進行工藝設(shè)計得首要工作。而進行這一項工作則需對吸收過程進行充分的研究后，并經(jīng)多方案對比方能得到較滿意的結(jié)果。一般而言，吸收用塔設(shè)備與精餾過程所需要的塔設(shè)備具有相同的原則要求，即用較小直徑的塔設(shè)備完成規(guī)定的處理量，塔板或填料層阻力要小，具有良好的傳質(zhì)性能，具有合適的操作彈性，結(jié)構(gòu)簡單，造價低，易于制造、安裝、操作和維修等。在液體流率很低難以充分潤濕填料，或塔徑過大，使用填料塔不很經(jīng)濟的情況下，以采用板式塔為宜。但作為吸收過程，一般具有操作液氣比大的特

18、點，因而更適用于填料塔。此外，填料塔阻力小，效率高，有利于過程節(jié)能，所以對于吸收過程來說，以采用填料塔居多。 本次吸收塔設(shè)計選擇填料吸收塔。2.3.2填料的選擇塔填料是填料塔中的氣液相間傳質(zhì)組件，是填料塔的核心部分。其種類繁多，性能上各有差異。 圖 2-31.散堆填料 目前散堆填料主要有環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料。所用的材質(zhì)有陶瓷、塑料、石墨、玻璃及金屬等（1）拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料于1914年由拉西（F. Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)，如圖片拉西環(huán)所示。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。（2） 鮑爾環(huán)填料如圖片鮑耳環(huán)所

19、示，鮑爾環(huán)是對拉西環(huán)的改進，在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。（3） 階梯環(huán)(Stairs wreath)填料如圖片階梯環(huán)所示，填料的階梯環(huán)結(jié)構(gòu)與鮑爾環(huán)填料相似，環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內(nèi)有兩層交錯 45°的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。這樣的結(jié)構(gòu)使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的

20、基礎(chǔ)上又有提高，其生產(chǎn)能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側(cè)壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應(yīng)用。（4） 矩鞍填料如圖片矩鞍填料所示，將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。（5） 金屬環(huán)矩鞍填料如圖片金屬換環(huán)聚鞍填料所示，環(huán)矩鞍填料（國外稱為Intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點而設(shè)計出的一種新型填料，該填料一般以

21、金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應(yīng)用較多。2規(guī)整填料 規(guī)整填料是由許多相同尺寸和形狀的材料組成的填料單元，以整砌的方式裝填在塔體中。規(guī)整填料主要包括板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、格利希格柵、脈沖填料等，其中尤以板波紋填料和絲網(wǎng)波紋填料所用材料主要有金屬絲網(wǎng)和塑料絲網(wǎng)。（1）格柵填料(Space grid filler)是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為如圖片3-12（a）所示的木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其

22、中以圖片3-12（b）所示的格里奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負荷大及防堵等場合。（2）波紋填料(Ripples filler)目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種，組裝時相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯90°排列。波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及

23、真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。（d）所示，金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強橫向混合的作用。波紋板片上軋成細小溝紋，可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于大直徑塔及氣液負荷較大的場合。（3）金屬壓延孔板波紋填料(The metals presses to postpone the bore plank ripples filler)是另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板

24、波紋填料的主要區(qū)別在于板片表面不是沖壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.40.5mm小刺孔。其分離能力類似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強，并且價格便宜，應(yīng)用較為廣泛。波紋填料的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大（常用的有125、150、250、350、500、700等幾種）。波紋填料的缺點是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價高。（4）脈沖填料(Pulse filler)是由帶縮頸的中空棱柱形個體，按一定方式拼裝而成的一種規(guī)整填料，如圖片3-12（e）所示。脈沖填料組裝后，會形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收

25、縮和擴大，氣液兩相通過時產(chǎn)生強烈的湍動。在縮頸段，氣速最高，湍動劇烈，從而強化傳質(zhì)。在擴大段，氣速減到最小，實現(xiàn)兩相的分離。流道收縮、擴大的交替重復(fù)，實現(xiàn)了“脈沖”傳質(zhì)過程。脈沖填料的特點是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應(yīng)減少，故特別適用于大塔徑的場合。工業(yè)上常用規(guī)整填料的特性參數(shù)可參閱有關(guān)手冊。由于該過程處理量不大，所以所用的塔直徑不會太大，以采用填料塔較為適宜，所以采用聚丙烯塑料階梯環(huán)填料。其主要性能參數(shù)為：比表面積 =132.5m孔隙率 =0.91形狀修正系數(shù) =1.45填料因子 =170mA=0.204臨界張力 2.4吸收劑再生方法的選擇依據(jù)所用

26、的吸收劑不同可以采用不同的再生方案，工業(yè)上常用的吸收劑再生方法主要有減壓再生、加熱再生及氣提再生等。A. 減壓再生（閃蒸）吸收劑的減壓再生是最簡單的吸收劑再生方法之一。在吸收塔內(nèi)，吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進入再生塔并減壓，使得融入吸收劑中的溶質(zhì)得以再生。該方法最適用于加壓吸收，而且吸收后的后續(xù)工藝處于常壓或較低壓力的條件，如吸收操作處于常壓條件下進行，若采用減壓再生，那么解吸操作需要在真空條件下進行，則過程可能不夠經(jīng)濟B. 加熱再生加熱再生也是吸收劑再生最常用的方法。吸收了大量溶質(zhì)后的吸收劑進入再生塔內(nèi)并加熱使其升溫，溶入吸收劑中的溶質(zhì)得以解吸。由于再生溫度必須高于吸收溫度，因而，該方法最適用

27、于常溫吸收或在接近于常溫的吸收操作，否則，若吸收溫度較高，則再生溫度必然更高，從而，需要消耗更高品位的能量。一般采用水蒸氣作為加熱介質(zhì)，加熱方法可依據(jù)具體情況采用直接蒸汽加熱或采用間接蒸汽加熱。2.5 操作參數(shù)的選擇2.5.1操作溫度的確定對于物理吸收而言,降低操作溫度,對吸收有利.但低于環(huán)境溫度的操作溫度因其要消耗大量的制冷動力而一般是不可取的,所以一般情況下,取常溫吸收較為有利.對于特殊條件的吸收操作方可采用低于或高于環(huán)境的溫度操作.對于化學(xué)吸收,操作溫度應(yīng)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)而定,既要考慮溫度對化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)的影響,也要考慮對化學(xué)平衡的影響,使吸收反應(yīng)具有適宜的反應(yīng)速度.對于再生操作,較

28、高的操作溫度可以降低溶質(zhì)的溶解度,因而有利于吸收劑的再生.而對本設(shè)計而言，由吸收過程的氣液關(guān)系可知，溫度降低可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即低溫有利于吸收，但操作溫度的低限應(yīng)有吸收系統(tǒng)的具體情況決定。依據(jù)本次設(shè)計要求，操作溫度定為20。2.5.2操作壓力的確定操作壓力的選擇根據(jù)具體情況的不同分為三種：對于物理吸收,加壓操作一方面有利于提高吸收過程的傳質(zhì)推動力而提高過程的傳質(zhì)速率,另一方面,也可以減小氣體的體積流率,減小吸收塔徑.所以操作十分有利.但工程上,專門為吸收操作而為氣體加壓,從過程的經(jīng)濟性角度看是不合理的,因而若在前一道工序的壓力參數(shù)下可以進行吸收操作的情況下,一般是以前道工序的壓力作為吸收

29、單元的操作壓力.對于化學(xué)吸收,若過程由質(zhì)量傳遞過程控制,則提高操作壓力有利,若為化學(xué)反應(yīng)過程控制,則操作壓力對過程的影響不大,可以完全根據(jù)前后工序的壓力參數(shù)確定吸收操作壓力,但加大吸收壓力依然可以減小氣相的體積流率,對減小塔徑仍然是有利的.對于減壓再生(閃蒸)操作,其操作壓力應(yīng)以吸收劑的再生要求而定,逐次或一次從吸收壓力減至再生操作壓力,逐次閃蒸的再生效果一般要優(yōu)于一次閃蒸效果.本設(shè)計中由吸收過程的氣液平衡可知，壓力升高可增加溶質(zhì)組分的溶解度，即加壓有利于吸收。但隨著操作壓力的升高，對設(shè)備的加工制造要求提高，且能耗增加，綜合考慮，采用常壓101.325kPa。. 第三章 吸收塔工藝條件的計算3

30、.1基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)3.1.1液相物性數(shù)據(jù)對于低濃度的吸收過程，溶液的物性數(shù)據(jù)可以近似取純水的物性數(shù)據(jù)20時水的有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：密度L=998.2(kg/m3)粘度L=0.001004(Pa.S)=3.6kg/(m.h) 表面張力L=72.67(dyn/cm)=941803(kg/h2)SO2在水中的擴散系數(shù)DL=1.47×10-5(2/s)=5.29×10-6(m2/h) 密度=996.95kg/m3 粘度=90.285Pa·s 飽和蒸汽壓P=3.219kPa3.1.2氣相物性數(shù)據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量為Mvm =yiMi=0.05×64.06+0.95

31、×29=30.75混合氣體的平均密度為 kg/m3混合氣體的粘度可近似取為空氣的粘度，查手冊的20 C°空氣的粘度為(m·h) 在空氣中的擴散系數(shù)為m2/s)=0.039 (m2/h)3.1.3氣液兩相平衡時的數(shù)據(jù)常壓下20在水中的亨利系數(shù)為相平衡常數(shù)為 溶解度系數(shù)為3.2物料衡算由公式GB（Y1-Y2）=Ls(X1-X2)無論是低濃度吸收還是高濃度吸收均適用，故物料衡算利用此式。（以下計算過程分別以G和L表示GB 和 Ls）進塔氣相摩爾比為出塔氣相摩爾比為進塔惰性氣相流量為 該吸收過程屬于低濃度吸收，平衡曲線可近似為直線，最小液氣比可按下式計算，即對于純?nèi)軇┪?/p>

32、過程，進塔液相組成為 取操作液氣比L=51.51×130.01=6696.82(kmol/h) + X2=130.01(0.0526-0.000512)/6696.82+0 =0.0005 3.3填料塔的工藝尺寸計算3.3.1塔徑的計算液相質(zhì)量流量可近似按純水的流量計算，即=6696.82×18.02=120676.70kg/h氣相質(zhì)量流量為=3290×1.278=4204.62kg/h由貝思-霍夫泛點關(guān)聯(lián)式得查表塑料階梯環(huán)有L=132.5m A=0.204 K=1.75 =0.91則 取圓頂塔徑取D=1300mm3.3.2泛點率校核和填料規(guī)格泛點率校核(在允許范

33、圍50%-80%內(nèi))填料規(guī)格校核階梯環(huán)的徑比要求：>8有即符合要求3.3.3液體噴淋密度校核對于直徑不超過75mm的散裝材料，可取最小潤濕速率m3/(m.h)對于直徑超過75mm的散裝材料，可取最小潤濕速率m3/(m.h)取最小潤濕速率為：故滿足最小噴淋密度的要求.經(jīng)以上校核可知，填料塔直徑選用D=1300mm合理3.4填料層高度計算3.4.1傳質(zhì)單元數(shù)的計算解吸因數(shù)為 氣相總傳質(zhì)單元數(shù)為3.4.2傳質(zhì)單元高度的計算氣相總傳質(zhì)單元高度采用修正的恩田關(guān)聯(lián)式計算查表(常見材質(zhì)的臨界表面張力值) ，液體質(zhì)量通量為w=L×0.632=132.5×0.632=83.74氣體質(zhì)量

34、通量為氣膜系數(shù)： 液膜吸收系數(shù)由下式計算 由，查附得，則因為，故需要校正。由，得 則有 由3.4.3填料層高度的計算根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，填料層設(shè)計高度一般為 因此取所以設(shè)計取填料層高度為查附，對于階梯環(huán)填料，h/D=815,m 取則計算得填料層高度為7700mm，故不需要分段。3.5填料塔附屬高度的計算塔上部空間高度，通過相關(guān)資料可知，可取為1.3m，塔底液相停留時間按1.5min考慮，則塔釜液所占空間高度為： 考慮到氣相接管所占空間高度，底部空間高度可取2.8m，所以塔的附屬空間高度可以取為1.3+2.8=4.1米。因此塔的實際高度取H=7.7+4.1=11.8(m)3.6液體分布器的簡要設(shè)計3.

35、6.1液體分布器的選型液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式、及槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用以管式、槽式、及槽盤式為主。性能優(yōu)良的液體分布器設(shè)計時必須滿足以下幾點：液體分布均勻 評價液體分布均勻的標準是：足夠的分布點密度；分布點的幾何均勻性；降液點間流量的均勻性。分布點密度。液體分布器分布點密度的選取與填料類型及規(guī)格、塔徑大小、操作條件等密切相關(guān)，各種文獻推薦的值也相差較大。大致規(guī)律是：塔徑越大，分布點密度越?。灰后w噴淋密度越小，分布點密度越大。對于散裝填料，填料尺寸越大，分布點密度越小。表3-1列出了散裝填料塔的分布點密度推薦值表3-1 Eckert的散裝填料塔分布點密度推薦值塔徑，mm分

36、布點密度，塔截面D=400330D=750170D120042分布點的幾何均勻性。分布點在塔截面上的幾何均勻分布是較之分布點密度更為重要的問題。設(shè)計中，一般需通過反復(fù)計算和繪圖排列，進行比較，選擇較佳方案。分布點的排列可采用正方形、正三角形等不同方式。降夜點間流量的均勻性。為保證各分布點的流量均勻，需要分布器總體的合理設(shè)計、精細的制作和正確的安裝。高性能的液體分布器，要求個分布點與平均流量的偏差小于6%。操作彈性大 液體分布器的操作彈性是指液體的最大負荷與最小負荷之比。設(shè)計中，一般要求液體分布器的操作彈性為24，對于液體負荷變化很大的工藝過程，有時要求操作彈性達到10以上，此時，分布器必須特殊

37、設(shè)計。自由截面積大 液體分布器的自由截面積是指氣體通道占塔截面積最小應(yīng)在35%以上。其它 液體分布器應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、制造容易、調(diào)整和維修方便由于該吸收塔的液相負荷較大，而氣相負荷相對較低，故選用槽式液體分布器。當填料層高度與塔徑之比超過某一數(shù)值時，填料層需分段。在各段填料層之間安設(shè)液體再分布器，以收集自上一填料層來的液體，為下一填料層提供均勻的液體分布。由3.4.3節(jié)中知，本次設(shè)計的填料層不需要分段,故不需要安裝液體再分布器。3.6.2分布點密度及布液孔數(shù)的計算按照Eckert建議值，D1200mm 時，噴淋點密度為42點/m2,因為該塔液相負荷較大，設(shè)計取噴淋點密度為120點/ m2

38、 。布液點數(shù)為按分布點幾何均勻與流量均勻的原則，進行布點設(shè)計。設(shè)計結(jié)果為：二級槽共設(shè)七道，槽側(cè)面開孔，槽寬度為80mm,槽高度為210mm,兩槽中心矩為160mm,分布點采用三角形排列。實際設(shè)計布點數(shù)為n=132點.布液計算 ： 由 L: 液體流量 m3/sn: 開孔數(shù)目: 孔流系數(shù)，取0.550.60d0: 孔徑，m: 開孔上方的液位高度，m 取，設(shè)計取d0=18mm3.6.3塔底液體保持管高度的計算 取布液孔的直徑為18mm，則液位保持管中的液位高度可由公式：得，即： 式中：布液孔直徑，m L：液體流率，m3/s ：布液孔數(shù) ：孔流系數(shù) ：液體高度，m ：重力加速度，m/s2 值由小孔液體

39、流動雷諾數(shù)決定 可取 因此，取 根據(jù)經(jīng)驗 ，則液位保持管高度為： 3.7其它附屬塔內(nèi)件的選擇3.7.1 填料支撐板填料支撐板的作用是支撐塔內(nèi)的填料。常用的填料支撐裝置由柵板型，孔管型，駝峰型等。對于散裝填料，通常選用孔管型，駝峰型支撐裝置；設(shè)計中，為防止在填料支撐裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料支撐裝置的自由截面積應(yīng)大于75% 。本次設(shè)計選用駝峰型支撐裝置。3.7.2 填料壓緊裝置與床層限制板對于散裝填料，可以選用壓緊柵板，也可以選用壓緊網(wǎng)板，在其下方根據(jù)填料的規(guī)格鋪設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定。設(shè)計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過高甚至發(fā)生液泛，要求壓板或限制板自由截面分率大于70

40、。本次設(shè)計選用壓緊網(wǎng)板。3.7.3氣體進出口裝置與排液裝置（1）氣體進出口裝置填料塔的氣體進口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。對500mm直徑以下的小塔，可使進氣管伸到塔中心位置，管端切成45°向下斜口或切成向下切口，使氣流折轉(zhuǎn)向上。對1.5m以下直徑的塔，管的末端可制成下彎的錐形擴大器，或采用其它均布氣流的裝置。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。本設(shè)計中選用折板除霧器。折板除霧器的結(jié)構(gòu)簡單有效，除霧板由的角鋼組成，板間橫向距離為25mm，垂直流過的氣速

41、可按下式計算：式中 氣速，m； 液相及氣相密度，； 系數(shù)，0.085-0.10；本設(shè)計中取 ，則流過的氣速所需除霧板組的橫斷面為 由上式確定的氣速范圍，除霧板的阻力為49-98pa，此時能除去的最小霧滴直徑約為0.05mm，即50.（2）排液裝置液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進出口管氣速可取1020m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進出口流速可取0.81.5m/s（必要時可加大些）管徑依氣速決定后，應(yīng)按標準管規(guī)定進行圓整.在以后的各節(jié)中會有計算。3.8流體力學(xué)參數(shù)計算3.8.1填料層壓力降的計算（1）氣體進出口壓力降由后面主

42、要接管尺寸計算可知，氣體的進出口接管內(nèi)徑為。則氣體的進出口流速為:則進口（突然擴大 =1）出口(突然縮小 =0.5）（2）填料層壓力降氣體通過填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算，有前面計算可知其中橫坐標為 查散裝填料壓降填料因子平均值得m-1縱坐標為 查Eckert關(guān)聯(lián)圖得所以填料層壓力降其它塔內(nèi)間的壓力降較小,因此可忽略于是得到吸收塔的總壓力降為3.8.2泛點率吸收塔操作氣速為0.689m/s.泛點氣速為1.0981m/s.所以泛點率為對于散裝填料，其泛點率的經(jīng)驗值為：所以該塔的泛點率合適。3.9附屬設(shè)備的計算與選擇3.9.1吸收塔主要接管的尺寸計算本設(shè)計中填料塔有多處接管，但主要的是氣體和液體的進料口和出料口接管。在此分別以液體進料管和氣體進料管的管徑計